线性公式可满足性判定问题的复杂性

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可满足性问题(Satisfiability Problem,简称SAT)是计算机科学的中心问题之一,也是第一个被证明的NP-完全问题,并且是一大类NP-完全问题的核心。SAT问题是指可满足布尔表达式的集合,它在数理逻辑、人工智能、约束可满足性问题、VLSI集成电路设计与检测、计算机科学理论、计算机视觉、机器定理证明、机器人规划、机器学习等领域具有广阔的应用背景。一个CNF公式F称为线性的,如果F中任意两个不同的子句中至多包含一个相同的变元。一个CNF公式F称为严格线性的,如果F中任两个不同的子句恰好包含一个相同的变元。所有严格线性公式是可满足的([33]S.Porschen etc.,2006)。对于线性公式类LCNF,判定问题LSAT是NP-完全的。对于LCNF的子类LCNF≥k(其公式中每个子句的长度至少为k),如果在LCNF≥k公式中存在一个不可满足公式,则判定问题LSAT≥k是NP-完全的([31,32]S.Porschen,E.Speckenmeyer,2006)。因此,对于LCNF≥k(k≥3)公式,判定问题LSAT≥k的NP-完全性取决于在LCNF≥k公式中是否存在不可满足公式。在([31,32]S.Porschen,E.Speckenmeyer,2006)中,通过构造超图和拉丁方阵,已经证明了LCNF≥3和LCNF≥4都包含不可满足公式,并提出了一个公开问题:当k≥5时,在LCNF≥k公式中是否存在不可满足公式。本文基于线性公式的结构与特点,提出了线性化算法,使用该算法可以在|F|多项式时间内把任一公式F转化为线性公式Flin,且两者有相同的可满足性。另外,本文通过研究极小不可满足公式在公式归约中的应用,给出了在k-LCNF(其公式中每个子句的长度都为k,k≥3)公式中构造不可满足公式的一般方法。证明了:对每个k≥3,k-LCNF公式中存在极小不可满足公式,并且证明了下面更强的结果:对每个k≥3,k-LSAT是NP-完全的。
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